Közel ezer műhold figyeli bolygónkat
A Föld körül keringő, ember által űrbe juttatott űreszközöket nagy adatbázisokban tartják nyilván. Ezek közül vannak publikus nyilvántartások, mint az Egyesült Nemzetek Világűrügyek Hivatala (UNOOSA) által működtetett adatbázis (Space Object Register), vagy az Elkötelezett Tudósok Szövetségének (Union of Concerned Scientists, UCS) nyilvántartása. Utóbbi szerint 2021. elején nagyjából 3300-ra tehető a működő műholdak száma, és ezeknek körülbelül harmada végez olyan földmegfigyelő tevékenységet, amely során különböző szenzorokkal vizsgálják és fényképezik bolygónkat, így nagy szerepük van a Földnek, mint összetett rendszernek a megfigyelésében. Ide tartoznak a meteorológiai műholdak, a tudományos és kutatási célú műholdak, illetve a földfelszín-térképező és erőforrás-kutató műholdak is – viszont nem tartoznak ebbe a kategóriába a katonai, kommunikációs, navigációs, műsorszóró, adatáviteli és egyéb műholdak.
Sajnos jelentős a Föld körül keringő űrszemét (inaktív műholdak, részegységek, egyéb hulladékok) mennyisége is. A Föld körüli pályák zsúfoltságáról, valamint az űrszeméttel kapcsolatos információkról többek között a NASA űrszeméttel foglalkozó részlegének (Orbital Debris Program Office) honlapján tájékozódhatunk.
A műholdak különböző magasságú pályákon keringenek a Föld körül.
Az Egyenlítő síkjában, kb. 36 000 km magasságban lévő geostacionárius pályán (GEO) haladó – főként meteorológiai, műsorszóró és adatátviteli – műholdak látszólag a Földnek mindig ugyanazon pontja felett tartózkodnak. Így folyamatos (24 órás) kommunikációs kapcsolatban lehetnek azzal a térséggel, ahonnan felnézve láthatók az égen, illetve, például a meteorológiai műholdak folyamatos megfigyelést végezhetnek egy adott területről.
A sarkvidékek felett is áthaladó poláris, vagy kvázipoláris pályákon keringő műholdak helyzete a földfelszínhez képest folyamatosan változik, és meghatározott időközönként visszatérnek a felszín ugyanazon pontja fölé.
A pálya lehet alacsony (Low Earth Orbit, LEO), azaz maximum 1000 km magas – ilyen pályán kering a földmegfigyelő műholdak nagy része, számos távközlési műhold, illetve a Nemzetközi Űrállomás (International Space Station, ISS) is. Speciális LEO-pályák a poláris napszinkron pályák, amelyeken a műhold adott földrajzi hely felett mindig azonos helyi időben halad át, így az elemzések során minimalizálhatók a felvételek megvilágítási viszonyai közötti különbségek. Ez a felszínen bekövetkezett változások azonosítása és megfigyelése esetén nagyon fontos szempont.
A középmagas pályákra (Medium Earth Orbit, MEO) – melyek jellemzően 1000 km felett, de a geostacionárius pálya alatt helyezkednek el – elsősorban kommunikációs, távközlési és navigációs (GNSS, GPS), illetve űrkörnyezetet vizsgáló műholdakat állítanak.
A magas elliptikus pályák (Highly Elliptical Orbits, HEOs) célja pedig az, hogy a rajtuk keringő – általában kommunikációs – műhold minél tovább kapcsolatban maradhasson a Föld egy adott régiójával.
Egy-egy földmegfigyelő műhold több érzékelőt is hordozhat, de napjainkban már nem nagyon jellemző az olyan műholdmonstrumok felbocsátása, amelyek 5–10 szenzornak is helyet adnak, hiszen például a kommunikációs rendszerekben fellépő hiba így egyszerre többféle küldetés sikerességét veszélyezteti. Ez történt többek között az ESA iskolabusz-méretű, 10 szenzorral felszerelt ENVISAT műholdjával, amellyel 10 év után, 2012-ben megszakadt a kommunikáció. Mivel a műhold mérései kiemelt fontosságúak voltak, a programot folytatták: az ENVISAT műszerei alapján továbbfejlesztett új érzékelőket jóval kisebb műholdakra osztották szét és bocsátották pályára, így biztosítva az adatfolytonosságot. Ez lett a fokozatosan bővülő Sentinel műholdsorozat, amely az Európai Unió és az ESA Copernicus programjának földmegfigyelő zászlóshajójaként az egyik legfejlettebb földmegfigyelő rendszer.
A megfigyeléseket végző szenzorok a működésük alapján egyaránt lehetnek passzívak vagy aktívak. A passzív szenzorok természetes eredetű elektromágneses sugárzást érzékelnek, amelynek forrása lehet a felszínről visszavert napfény vagy a felszín által spontán kibocsátott sugárzás, pl. a hősugárzás. Ezek a szenzorok tehát külső forrásból származó elektromágneses sugárzást mérnek. Az aktív szenzorokat saját sugárforrással látják el, a szenzor alkalmazástól függően a kibocsátott sugárzás felszínről vagy légkörből visszavert részét érzékeli. Ide tartoznak egyrészt a radarok (Radio Detection And Ranging) – ezek a műholdas földmegfigyelés igen fontos eszközei, másrészt a lidarok (Light Detection And Ranging), amelyek a gyakori légi és földi alkalmazások mellett az utóbbi években űrszenzorként is megjelentek. A radarok óriási előnye, hogy sem a felhőborítottság, sem a napszak nem akadályozza őket, szinte bármilyen körülmények között képesek felvételeket készíteni.
Ahhoz, hogy az űrfelvételeket pontosan értelmezzük és a megfigyelések eredményeit megfelelő módon fordítsuk le arra a konkrét információtartalomra, amelyre szükségünk van, elengedhetetlen, hogy a vizsgált felszínről vagy jelenségről referenciaadatok álljanak rendelkezésünkre. A referenciaadatok olyan független, a valóságot jól ábrázoló adatok (leginkább helyszínen mért minták), amelyekkel az űrszenzorok mérési adatait kalibrálni, az elemzések eredményeit pedig ellenőrizni, validálni lehet.
A referenciaadatok gyűjtése a műholdas megfigyelés tárgyáról az esetek egy részében közvetlenül terepen (in situ) történik, jellemzően a felvételkészítés időpontjához minél közelebbi időpontban, hiszen így kapjuk a legaktuálisabb adatokat a megfigyelés tárgyáról és annak állapotáról. Ha a területet magunk járjuk be, a referenciaadat-gyűjtést végezhetjük egyszerűbb vagy professzionálisabb, térbeli pozíciót is rögzítő, kézi adatgyűjtő eszközökkel. Ebben az esetben a mért vagy leíró adatokat rögzíthetjük pl. tableten, majd feltölthetjük adatbázisba, de mérhetünk közvetlenül spektrális információkat is (pl. a felszínről visszavert fény mennyiségét) ún. terepi spektrofotométerekkel. Napjainkban egyre népszerűbb eszközökké válnak a terepi adatgyűjtésben a drónok is, melyek megfelelő kamerákkal felszerelve készíthetnek képeket a felszínről. A begyűjtött mintákkal – megfelelő előkészítés után – az űrfelvételeket feldolgozó szoftverek algoritmusai taníthatók arra, hogy felismerjék a felvételeken a referenciákhoz hasonló területeket. Fontos, hogy a referenciaadatok egy részét ne használjuk fel közvetlenül az elemzésekhez, hanem tartsuk meg az eredmények ellenőrzésére (validálás), mert ezzel kaphatunk hiteles képet azok megbízhatóságáról.
A nagy földmegfigyelő és klímakutató programok egyaránt foglalkoznak a szárazföld, a tengerek, az óceánok és a légkör jellemzőivel és jelenségeivel. A programok műholdjai által készített képek pontos értelmezéséhez szintén referenciaadatok szükségesek (például az óceánfelszíni tényleges vízhőmérséklet mérése hőtérképek készítéséhez, vagy egyes gázok tényleges koncentrációja a levegőben a légszennyezési térképek készítéséhez, stb.). A nagy földmegfigyelő és klímakutató programokhoz a referenciaadatok rendszeres gyűjtését kiterjedt nemzetközi összefogás keretében oldják meg speciális légi, szárazföldi és tengeri mérőrendszerekkel, hajók, meteorológiai állomások, kutatóhálózatok segítségével. Az ilyen típusú adatgyűjtés biztosítja a klímakutatás egyik fontos alapkövét.
Lechner Tudásközpont Űrtávérzékelési Osztály
